明框玻璃幕墙结构计算

工程计算书 第 1 页 共 18 页第四部分、明框玻璃幕墙结构计算第一章、龙骨荷载计算一、计算说明取风荷载计算部分表 3-1 中明框玻璃幕墙风荷载进行计算，该处位于大面区，体型系数为 1.2,该部分玻璃幕墙承受的风荷载为 WK=1.4 KN/m2，W=1.97 KN/m2。明框玻璃幕墙水平分格为 B=1200 mm，竖向分格为 H=1600 mm，层高为 3.6 m。二、明框玻璃幕墙自重荷载计算1、玻璃面板自重荷载标准值计算GAK：玻璃面板自重面荷载标准值玻璃采用 TP6+12A+TP6 mm 厚钢化中空玻璃GAK=（6+6）10 -325.6=0.307 KN/m2GGK：考虑龙骨和各种零部件后的幕墙面板自重面荷载标准值GGK=0.3765 KN/m22、玻璃面板自重荷载设计值计算rG：自重作用效应分项系数，取 rG=1.2按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 5.4.2 条规定GG：考虑龙骨和各种零部件后的幕墙面板自重面荷载设计值GG=rGGGK=1.20.3765=0.54 KN/m2三、明框玻璃幕墙承受的水平风荷载计算WK ：作用在幕墙上的风荷载标准值 WK=1.0 KN/m2W：作用在幕墙上的风荷载设计值 W=1.4 KN/m2工程计算书 第 2 页 共 18 页四、明框玻璃幕墙承受的水平地震荷载计算1、幕墙玻璃面板承受的水平地震荷载标准值计算 max：水平地震影响系数最大值，取 max=0.16 查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表 5.3.4 E：动力放大系数，取 E=5.0按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 5.3.4 条规定qEK：作用在幕墙上的地震荷载标准值计算qEK= max EGGK=0.165.00.3765=0.360 KN/m22、幕墙玻璃面板承受的水平地震荷载设计值计算rE：地震荷载作用效应分项系数，取 rE=1.3按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 5.4.2 条规定qE：作用在幕墙上的地震荷载设计值 qE=rEqEK=1.30.36=0.37668 KN/m2五、荷载组合1、风荷载和水平地震作用组合标准值计算 W：风荷载作用效应组合系数，取 W=1.0按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 5.4.3 条规定 E：地震荷载作用效应组合系数，取 E=0.5按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 5.4.3 条规定qK= WWK+ EqEK=1.01.0+0.50.36=1.18 KN/m22、风荷载和水平地震作用组合设计值计算q= WW+ EqE=1.01.4+0.50.37668=1.634 KN/m2工程计算书 第 3 页 共 18 页第二章、玻璃面板计算一、计算说明玻璃面板选用 TP6+12A+TP6 mm 厚的中空钢化玻璃。明框玻璃幕墙的分格尺寸为，幕墙分格宽度 a=1550 mm，幕墙分格高度 b=2280 mm。该部分玻璃承受的风荷载为 WK=1.0 KN/m2，W=1.4 KN/m 2。二、玻璃面板强度校核1、校核依据： f g1=84.0 N/mm2。26tmqa：玻璃面板在荷载作用下产生的应力；：玻璃面板弯矩系数；由 = =0.68，查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表 6.1.2-1，得ba28015=0.0454。m：玻璃面板受到的组合荷载设计值；q：玻璃计算厚度；t：玻璃的应力折减系数。2、外片玻璃面板强度校核1)外片玻璃荷载计算外片玻璃自重荷载标准值为： =625.6=153.6 N/mm2=0.154 KN/m21GK根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 6.1.5 条规定：直接承受风荷载的外片玻璃受到的风荷载标准值为 3211.tK= 360.=0.55 KN/m2风荷载设计值为 11K=1.40.55=0.77 KN/m2工程计算书 第 4 页 共 18 页外片玻璃承受水平地震荷载标准值为=0.165.00.154=0.1232 KN/m2GKEEKqmax1水平地震荷载设计值为=1.30.1232=0.1602 KN/m211外片玻璃承受的水平组合荷载标准值为 111EKKqq=1.00.55+0.50.1232=0.776 KN/m2水平组合荷载设计值为 111Eqq=1.00.77+0.50.1602=1.079 KN/m22)外片玻璃强度校核根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 公式 6.1.2-3：= =154.174115.0EtaqK 454361072. 0)5.0(查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表 6.1.2-2 得外片玻璃的应力折减系数 =0.6071外片玻璃在水平组合荷载作用下产生的应力为 126tamq=607.5079.45.223=21.34 N/mm2f g1=84.0 N/mm2外片玻璃面板强度满足设计要求。3、内片玻璃面板强度校核1)内片玻璃荷载计算内片玻璃自重荷载标准值为： =625.6=153.6 N/m2=0.154 KN/m22GK根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 6.1.5 条规定：不直接承受风荷载的内片玻璃受到的风荷载标准值为 3212tK= 360.=0.5 KN/m2工程计算书 第 5 页 共 18 页风荷载设计值为 22K=1.40.5=0.7 KN/m2内片玻璃承受水平地震荷载标准值为=0.165.00.154=0.1232 KN/m22max2GKEEKq水平地震荷载设计值为=1.30.1232=0.1602 KN/m222内片玻璃承受的水平组合荷载标准值为 222EKKqq=1.00.5+0.50.1232=0.711 KN/m2水平组合荷载设计值为 222Eqq=1.00.7+0.50.1602=0.989 KN/m22)内片玻璃强度校核根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 公式 6.1.2-3：= =141.264225.0EtaqK454361072.05.0查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表 6.1.2-2 得内片玻璃的应力折减系数 =0.6222内片玻璃在水平组合荷载作用下产生的应力为 26tamq=62.01598.045.23=20.04 N/mm2f g1=84.0 N/mm2内片玻璃面板强度满足设计要求。三、玻璃面板挠度校核1、校核依据：根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 6.1.3 条规定= =fdDaK4lim,fd60a工程计算书 第 6 页 共 18 页：风荷载标准值作用下挠度最大值；fd：四边支承玻璃面板的挠度系数；由边长比 = =0.68，查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表 6.1.3 得ba28015=0.00418。：风荷载标准值；K：玻璃短边尺寸；a：玻璃刚度；D：玻璃挠度折减系数2、挠度计算1)中空玻璃风荷载标准值WK=1.0 KN/m22)中空玻璃等效计算厚度 ，根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 公式 6.1.5-3et得= = =7.18 mmet332195.0t3695.03)玻璃刚度 ，根据玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003 公式 6.1.3-1DD= = =2.313106 Nmm)(23vEt).(87.2354)中空玻璃挠度折减系数根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 公式 6.1.2-3：= =125.754eKEta45318.702.1查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表 6.1.2-2 得中空玻璃的挠度折减系数 =0.6425）中空玻璃在风荷载作用下产生的挠度=fdDaK4=642.013.2580.6=16.55 mm = =25.83 mmlim,fd玻璃面板挠度满足设计要求。工程计算书 第 7 页 共 18 页第三章、明框玻璃幕墙板块的平面内变形性能计算一、计算说明为避免明框玻璃幕墙板块平面内变形时产生破坏，我们必须对明框玻璃幕墙板块平面内的变形情况与结构的变形情况进行对照比较分析。以便选择相应的结构和尺寸。明框玻璃幕墙板块平面内变形的性能以建筑物的层间相对位移值表示。并保证在设计允许的相对位移范围内，明框玻璃幕墙板块不损坏。明框玻璃幕墙板块平面内变形性能按不同的结构类型弹性计算的位移控制值的 3 倍进行设计。二、平面变形性能校核b：分格框宽度， b=1509 mmh：分格框高度， h=2239 mmc1：玻璃与边框的左、右平均间隙，c 1=7 mmc2：玻璃与边框的上、下平均间隙，取 c2=7 mmu：玻璃幕墙的平面变形性能u=)1(2cbh= 75093=17.9 mm=u/H=17.9/3350=1/251=1/2511/300该明框玻璃幕墙的变形性满足设计要求。工程计算书 第 8 页 共 18 页第三章、玻璃幕墙横梁计算一、计算说明选用（6063-T5）铝型材，根据建筑结构特点，每根幕墙横梁简支在立柱上，双向受力，属于双弯构件，须对横梁进行强度和挠度校核，横梁的计算长度 B=1550 mm。受力最不利的横梁承受竖直方向荷载高度 h=2280 mm 。承受水平方向三角形和梯形荷载，高度 h1=775 mm，h 2=376 mm。二、力学模型幕墙的荷载由横梁和立柱承担。玻璃面板将受到的水平方向的荷载，按 45 度角分别传递到横梁和立柱上。横梁采用简支梁力学模型，水平荷载上部按三角形分布荷载下部按梯形荷载分布计算。竖直方向玻璃等的自重按均布线荷载考虑。计算简图如图。三、荷载计算1、横梁承受的竖直方向面荷载 标准值 G GK=0.3765 KN/m2设计值 G G=0.54 KN/m22、横梁承受的水平方向面荷载标准值 q K=1.18 KN/m2设计值 q=1.634 KN/m 23、横梁承受的竖直方向线荷载标准值：G 线 K=GAKh3=0.37651.55=0.855 KN/m设计值：G 线 =1.2G 线 K=1.20.855=1.026KN/m4、横梁承受的竖直方向重力荷载产生的最大弯矩 MXMx=G 线 B2/8=1.0261.552/8=0.336 KNm5、横梁承受的竖直方向重力荷载产生的最大剪力工程计算书 第 9 页 共 18 页VX=0.5BG 线 =0.51.551.026=0.923 KN6、横梁承受的水平方向三角形与梯形荷载上部线荷载标准值q 线 K1=qKh2 =1.180.775=0.915 KN/m上部线荷载设计值q 线 1=qh2 =1.6340.775=1.266 KN/m下部线荷载标准值q 线 K2=qKh1 =1.180.376=0.444 KN/m下部线荷载设计值q 线 2=qh1 =1.6340.376=0.614 KN/m7、横梁承受的水平方向线荷载产生的最大弯矩上部三角形荷载产生的最大弯矩MY1= 12B线=5.6=0.229 KNm MY：下部梯形荷载产生的最大弯矩MY2=)43(22aBq线=)1507(.6102=0.158 KNmMY= MY1+ MY2=0.388 KNm8、横梁承受的水平方向线荷载产生的最大剪力VY梯形荷载产生的最大剪力VY= +)1(2Bhq线 41线= +50376.605.2=0.804 KN四、横梁截面参数横梁截面积 A=834.9 mm 2 工程计算书 第 10 页 共 18 页中性轴惯性矩 I X=374830 mm4中性轴到最外缘距离 Y Xmax=43.8 mmX 轴抵抗矩 W X=8558.36 mm3X 轴面积矩 S X=7606.65 mm3中性轴惯性矩 I Y=563395 mm4中性轴到最外缘距离 Y Ymax=38.39 mmY 轴抵抗矩 W Y=14675.1 mm3Y 轴面积矩 S Y=9939.09 mm3塑性发展系数 =1.05五、横梁强度校核校核依据： f a=85.5 N/mm2yxWMyx= 1.46750.3850.146=62.39 N/mm2f a=85.5 N/mm2横梁强度满足设计要求。六、横梁抗剪强度校核1、校核依据： maxf av=49.6 N/mm22、竖直方向产生的剪应力t：横梁壁厚，取 t=2.5 mm X：横梁承受的竖直荷载产生的剪应力 X= tISV= 5.23748069.=12.48 N/mm23、水平方向产生的剪应力 Y：横梁承受的水平荷载产生的剪应力工程计算书 第 11 页 共 18 页 Y= tISV= 5.2639084.=7.92N/mm2横梁抗剪强度满足设计要求。七、横梁挠度校核1、校核依据：横梁承受的最大挠度应不大于 H/180。2、由竖向自重荷载引起的挠度 x= xKEIBG3845线= 78301.54=3.351mm3、由水平风荷载下引起的挠度上部线荷载标准值W 线 K1=WKh1 =1.00.775=0.775 KN/m下部线荷载标准值W 线 K2=WKh2 =1.00.376=0.376 KN/m水平风荷载下横梁的挠度（上部为梯形荷载，下部为三角形荷载） Y：风荷载产生的最大挠度 Y= +)258(2404aEIBwK线 YKEIBw104线= +)1503762(63917. 45 563910.4=2.82 mm经过以上计算得知，横梁的各项性能满足设计要求工程计算书 第 12 页 共 18 页第五章、玻璃幕墙立柱计算一、计算说明选用（6063A-T5）铝型材，根据建筑结构特点，每根幕墙立柱简支在主体结构上，并处于偏心受拉状态，立柱高度 H=3350 mm,幕墙横向计算分格宽度 B=1550 mm 。二、力学模型幕墙的荷载由横梁和立柱承担。玻璃面板将受到的水平方向的荷载，按 45 度角分别传递到横梁和立柱上。横梁又将承受的荷载传递给立柱，最后由立柱将所有荷载通过预埋件传递到主体结构上。计算简图如图。三、荷载作用值1、横梁承受的竖直方向面荷载 标准值 G GK=0.45 KN/m2设计值 G G=0.54 KN/m22、立柱承受的水平方向面荷载标准值 q K=1.18 KN/m2设计值 q=1.634 KN/m 23、受力最不利处立柱承受的偏心拉力设计值N=G=GGHB=0.543.351.55=1.605 KN4、立柱承受的水平线荷载标准值 q K 线 =qKB=1.181.55=1.553 KN/m设计值 q 线 =qB=1.6341.55=2.677 KN/m5、立柱所受的弯矩M=0.125q 线 H2=0.1252.6773.352=2.814 KNm6、立柱承受的剪力V=q 线 H/2=2.6773.352=3.882 KN工程计算书 第 13 页 共 18 页四、选材计算1、截面最小抵抗矩（暂不考虑偏心拉力作用，利用强度演算公式进行推导）Wmin= afM= 5.801426=31345 mm32、选用 W31345 mm 3的型材，故选用如下型材，见下图。五、立柱截面参数立柱截面积 A 0=1399.82 mm2 X 轴惯性矩 I X=5270450 mm4X 轴到最外缘距离 Y X=62.3 mmX 轴抵抗矩 W X=54489.8 mm3X 轴面积矩 S X=37548.7 mm3塑性发展系数 =1.05六、立柱强度校核校核依据 f a=85.5 N/mm2XWMAN00= 8.549.1028396.6=64.10 N/mm2f a=85.5 N/mm2立柱强度满足设计要求。七、立柱抗剪强度校核校核依据 maxf av=49.6 N/mm2t：立柱壁厚，取 t=2.5 mm工程计算书 第 14 页 共 18 页 X：立柱承受的水平荷载产生的剪应力 X= tIVS= 5.270438=14.7 N/mm2f av=49.6 N/mm2立柱抗剪强度满足设计要求。八、立柱挠度校核校核依据：立柱承受的最大挠度应不大于 H/180。由水平风荷载下引起的挠度线荷载标准值W 线 K=WKB =1.01.55=1.55 KN/m水平风荷载下立柱的挠度u= EIH384w5线= 270451.=14.9 mmu=14.9 mmH/180=3350/180=16.1 mm立柱挠度满足设计要求。经过以上计算得知，立柱的各项性能要求满足设计要求。工程计算书 第 15 页 共 18 页第六章、幕墙连接件计算一、横梁与立柱的连接计算1、计算模型横梁与立柱通过 40254 铝合金连接件用 M6 螺栓连接，承受垂直于幕墙面的水平荷载和竖直方向上的自重荷载。横梁的计算长度取 L=1.55 m，横梁承受的水平荷载按梯形分布，分格高度 h1=0.775 m,h2=0.376 m；承受的自重荷载按矩形分布，分格高度 H=2.28 m。横梁壁厚为 2.5mm，立柱的壁厚为 3 mm。2、荷载计算横梁的计算长度 L=1.55 m横梁承受的自重线荷载设计值q 线 G=0.855 KN/m横梁承受的水平线荷载设计值q 线 1=1.266 KN/m q 线 2=0.614 KN/m横梁端部承受的垂直荷载N1= LG线= 25.8.0=0.528 KN横梁端部承受的水平荷载N2= +4q1L线 线= +)50376(.6045.12=0.804 KN横梁端部所承受的剪力合力N = 21+工程计算书 第 16 页 共 18 页= 22804.5.=0.962 KN3、横梁与立柱相连螺栓校核M6 不锈钢螺栓应力截面积 AS=20.1 mm2不锈钢螺栓的抗剪应力 245 N/mm 2每个螺栓的抗剪承载力： bVN2451.0bVN=4924.5 N N=962 N根据构造要求，取 2 个 M6 不锈钢螺栓。4、立柱局部承压能力 10tdbC=263120=4320 N N=962 N5、铝合金连接件局部承压能力 120tdbC=264120=5760 N N=962 N横梁与立柱连接满足设计要求。二、立柱与钢角码的连接计算1、计算模型计算宽度 B=1.55 m，高度 H=3.35 m。立柱为 6063-T5 铝 型 材 ，局部承压强度为 120 N/mm2，壁厚 =3 mm，钢角码尺寸 140908.0，局部承压强度为 320 N/mm2，立柱的固定t方式为双系点，即两侧均有连接件，用 2 个 M12 不锈钢螺栓连接。立柱承受的水平荷载和自重荷载均按矩形分布。2、荷载计算立柱承受的自重荷载 G A=0.376 KN/m2 立柱承受的水平荷载 q=1.649 KN/m 2立柱为拉弯构件，竖直荷载 工程计算书 第 17 页 共 18 页N1 = GABH=0.543.351.55=1.605